四、水的有序性分析

　　在地球的自然历史过程中，水的出现一直被视作最重大的事件之一。这是因为：

　　（1）水的出现从根本上改变了地理环境的物质结构与能量结构：

　　（2）水是地理环境中另一物质体系——生物物质的孕育者和支持者；

　　（3）水是地理系统的控制器；

　　（4）改造自然的基本内容和基本手段，都致力于对水或与水有关的改造；而且许多又是通过水的调节和控制实现的。

　　在一个地理空间里，研究水的有序性是很有意义的。小而言之，它可以在区域开发中，提供对于水资源利用的最优估算；大而言之，将关系到水在地理环境中作用的本质认识。概括人类改造地理环境的目的，总是围绕着如何维系该区域中地理有序性即减少混乱程度这种最基本的考虑。

（一）水的有序性概念

　　水的有序性，在地理环境中涉及到三个方面的理解。

　　其一，假如将整个地理区域作为一个面考虑，则水的有序性是指它被约束于地下水体、土壤贮水体、生物体以及大气（近地面）中的能力。在该地理区域所处的空间位置上（它由能量和物质的特定组合所决定），水的有序性达到最优状态的必要条件是：（1）有关水的动态变化（诸如输入、输出以及在区域内部的状态变化）均处于平衡。换言之，这种动态变化的速率dv/dt=0；（2）在区域内部，水应当满足于区域中土壤—生物—大气连续系列（SPAC）的平稳运转，不使衡量该区域水平的初始生产力（primaryproductivi-ty）的数值受到任何应力。进一步，它还应能合理地满足当区域生态—社会系统发展时对于水的需求。一旦这些必要条件得不到满足，要么在流通路径上某个环节发生阻滞，要么由某一突发事件的强烈拢动而偏离均衡，则势必破坏这种最优状态，其结果，导致该区域或者走向极端干旱，或者走向极端湿润的混乱状态，使得水的有序性降低并最终崩溃。除非环境的自组织能力或人为外加的能量对其提供帮助时，即对已经形成的混乱状态实施新的约束后，它才又有可能达到一个新的有序性状态。

　　其二，对于水的有序性的讨论，假如仅仅局限于区域内的河流、渠道和沟壑等固定水道，就变成了考察区域内某些线的状况。水在线上的有序性，是指它被约束于河道某个最优断面的能力。在纯自然条件下，区域的高度梯度所形成的势能，为约束水的混乱状态给系统本身提供了负熵流，这种负熵流能把紊乱的水流状态逐渐地组织于一条条线中。并且随着水量的逐渐增大（即随着水量与高度之积的增大），这种自然产生的水的有序性，形成了从面流到支流直到干流的有序组织系统。与此同时，水的势能本身如与相应的约束能力不相匹配，或者不适应环境应力的频谱分配时，它又包含着破坏有序性的功能，即具有冲破约束的倾向，换言之，它亦有增大系统熵值的作用。考察线上的某一段或者整个水道势能（包括由它所转换成的动能）的作用趋势，取决于对该段或整个流域状况的总体认识，即对整个自然地理环境在空间分布，时间演化，地质构造，土壤、植被、地形状况，水文特点，人为活动等方面作出的整体分析。在人为条件下，为了提高对有序状态的保持能力，即为了对付由于输入的变率干扰（包括区域内降水、区域外的径流注入、地质构造对地体的变动如新构造运动等），人们投入巨大的能量修筑堤坝和进行护岸等工程，这种外加能量的目标，在于试图约束一定变率干扰下所产生的无序性倾向。只有外加的能量（有效的那一部分）加上系统自组织功能的负熵流所形成的能量，大于或等于系统内水对周围环境所施加的自由能数量时，这种有序性才得以保持。否则，那种时时寻求突破有序性的倾向，就会时有发生，黄河历史上著名的“三年一决口，十年一改道”的纪录即为适例。线上水的有序性的最优状态的充要条件是：（1）水的输入与输出随时间的变率保持于一个允许的阈值内。在此条件下，系统的自组织作用加上人为外加的能量，可有效地约束水流的混乱倾向；（2）在区域内部，水的冲、淤、排、灌、容、泄、蒸发和补给处于一种稳定的最优选择之中。
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